説明

金属蒸気放電灯の電極アセンブリ製造方法

【課題】
モリブデンロッドにモリブデン線を密巻きして形成した耐ハロゲン性中間材と、導電性サーメットとの突合せ溶接時に、モリブデン線固有の結晶構造、熱履歴、加工履歴などにかかわらず、熱変形を生じないようにする。
【解決手段】
耐ハロゲン性中間材(5)と導電性サーメット(6)とを突合せ溶接する前に、耐ハロゲン性中間材(5)の片端部(5d)でモリブデンロッド(5a)とモリブデン線(5b)とを溶融させ、その溶融物の表面張力によりモリブデンロッド(5a)とモリブデン線(5b)とを先丸状に硬化させて一体化させた後、耐ハロゲン性中間材(5)の片端部(5d)と導電性サーメット(6)とを突き合わせ溶接することとした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、セラミックメタルハライドランプなどの金属蒸気放電灯などに用いられる電極アセンブリの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年のメタルハライドランプは、石英製発光管に代えて、石英よりも耐熱性、耐食性に優れた透光性アルミナで成るセラミック製発光管を用いたセラミックメタルハライドランプが数多く商品化されている。この種のランプは、透光性セラミックで成る発光管の両端にアルミナセラミック等の細管で成る一対のキャピラリを焼きばめて取り付けるシリンドリカル型が一般的であったが、最近は、焼嵌め加工の面倒を解消するため、発光管とその両端に設けるキャピラリとを透光性セラミックで一体成形したワンピース型が普及しつつある(特許文献1参照)。
【0003】
このようなワンピース型のメタルハライドランプを、例えば図3を参照して説明すると、ランプ本体を構成する発光管2とキャピラリ3R、3Lが、夫々の境界部分に角隅部を生じない丸みを帯びた滑らかな曲面形状に設計されて、透光性アルミナの粉末圧縮体で一体成形されている。
【0004】
そして、発光管2の両端に形成されたキャピラリ3R、3L内には、一対の電極アセンブリ21が挿通されて、そのキャピラリ3R、3Lの両端が、電気絶縁性を有するフリットガラス10などのシール材によって気密にシールされると同時に、各電極アセンブリ21がキャピラリ3R、3L内の定位置に固定されており、発光管2の内部には金属ハロゲン化物、水銀、始動用ガス等が封入されている。
【0005】
電極アセンブリ21は、夫々タングステンロッドで成る電極棒4aの先端側にタングステン線4bを密巻きして放熱用のコイル部が形成された電極4と、モリブデンロッド5aの外周部にモリブデン線5bを密巻きしてコイル部が形成された耐ハロゲン性中間材5と、アルミナ粉末とモリブデン粉末とを混合燒結して成る導電性サーメット6とが直列的に突合せ溶接された構成となっており、キャピラリ3R、3L内に挿通された各電極アセンブリ1の外表面とキャピラリ3R、3Lの内表面との間には、発光管2の内部へ通ずる空隙7が形成されている。
【0006】
そして、各電極アセンブリ21は、導電性サーメット6の端部にモリブデン線で成る電力供給リード8が突合せ溶接されて、その溶接部に補強用リング9が外嵌され、該リング9内から各キャピラリ2R、2L内にかけて、耐ハロゲン性中間材5と導電性サーメット6の接合部Wを覆うようにフリットガラス10が充填されている。
【0007】
ところで、耐ハロゲン性中間材5の外径と導電性サーメット6の外径が大きく異なって両者の接合部Wに段差が生ずると、ランプの点滅による温度変化により、フリットガラス10が接合部Wのひずみの影響を受け、その段差部分で応力集中を起こしてクラックが入りやすいという問題があるため、従来より、耐ハロゲン性中間材5及び導電性サーメット6は同径のものが用いられている。
また、モリブデンで成る耐ハロゲン性中間材5よりもアルミナ粉末とモリブデン粉末とを混合焼結した導電性サーメット6の方が融点が低く、これらを突合せ溶接する際に導電性サーメット6の溶融物が流れ出るため、耐ハロゲン性中間材5の片端部に溶融物を流し込む流入部を予め形成して溶接する方法も提案されている(特許文献2参照)。
【0008】
図5はこのような電極アセンブリ21の製造方法を示し、まず、例えば直径0.4〜0.5mmのモリブデンロッド5aの外周部に、直径0.15〜0.2mmのモリブデン線5bを密巻きしていく(図5(a)参照)。
これを所定長さに切断することにより耐ハロゲン性中間材5を形成すると共に、その片端部にモリブデン線5bが巻かれずにモリブデンロッド5aが露出された流入部22を形成しておく(図5(b))。
【0009】
次いで、耐ハロゲン性中間材5と導電性サーメット6を突合せ溶接する。
突合せ溶接は抵抗溶接の一種であり、耐ハロゲン性中間材5の流入部22を下向きにして、導電性サーメット6の上端に突合せた状態で加圧し瞬間的に大電流を流すことにより接合部Wにジュール熱を発生させる(図5(c))。
これにより接合部Wが加熱され、所定の温度に達したところでモリブデンでなる耐ハロゲン性中間材5より融点の低い導電性サーメット6からアルミナ成分が溶出して耐ハロゲン性中間材5の流入部22に流入するため、これが冷却して溶接が完了したときに接合部Wの外周が膨らむこともない(図5(d))。
【0010】
そして最後に、耐ハロゲン性中間材5とタングステン電極4を突合せ溶接する。
ここでは、耐ハロゲン性中間材5の先端側に、電極4のタングステンロッド4aを突き合わせた状態で瞬間的に大電流を流すことにより接合部にジュール熱を発生させ、これにより接合部が加熱され、所定の温度に達したところでタングステン電極4より融点の低い耐ハロゲン性中間材5のモリブデンロッド5aが溶融し、電極4が突合せ溶接されて電極アセンブリ21が完成する(図5(e))。
【0011】
このような電極アセンブリ21において、耐ハロゲン性中間材5と導電性サーメット6を突合せ溶接する場合に、流れ出した溶融物で流入部22を完全に塞ぐことができれば、接合部Wは外周面に凹凸のない直径が略一定の棒状体となるが、実際には、溶融物で外径が膨らまないように流入部22を大きめに形成せざるを得ないので、図5(d)に示すように、接合部Wに凹部23が残ることが多い。
【0012】
また、凹部23が残るだけでなく、稀ではあるが、抵抗溶接する際に、モリブデン線5bが熱変形する場合があることが判明した。
一般に、モリブデン線5bの曲げ加工を行う場合は、一次加工で線引きされたモリブデン線5bを1200〜1500℃で予め熱処理することにより柔軟性の大きな一次再結晶状態にしておく。
このように熱処理されたモリブデン線5bを用いると、その柔軟性が大きいため、二次加工としてコイルのような小径の曲げ加工も可能となる。
【0013】
しかしながら、そのような曲げ加工を行うと二次加工での歪みが大きいためモリブデン線5bに内部応力が残り、耐ハロゲン性中間材5と導電性サーメット6を突合せ溶接するときに、図6に示すように、モリブデンロッド5aに巻き付けたモリブデン線5bの端部がほどけて緩むように熱変形することが判明した。
【0014】
すなわち、図6に示すように、耐ハロゲン性中間材5のモリブデンロッド5aの端面と導電性サーメット6の端面同士を突合せた状態で大電流を流すと、導電性サーメット6の先端が溶融されるが、このときモリブデンロッド5aは約1800〜2000℃に達しており、その熱が接合部Wの近傍に巻かれているモリブデン線5bに伝わることにより、図示するほど極端ではないが、モリブデン線5bの端部がほどけて緩むように熱変形し、密巻きされている他の部分に比して外径の大きい大径部5cが形成されることが判明した。
【0015】
この種のメタルハライドランプにおいては、耐ハロゲン性中間材5とキャピラリ3R、3Lの直径差は100μm程度しかないので、大径部の直径がそれより大きくなると電極アセンブリ21をキャピラリ3R、3Lに挿通することができなくなり、それより変形量が小さくてもモリブデン線5bが緩んで外径が大きくなった大径部5cはキャピラリ3R、3Lとの隙間が小さくなるので、そこにフリットガラス10を充填したときに、隙間の違いによりクラックが発生する原因となりやすい。
なお、突合せ溶接した場合にモリブデン線5bが変形することは稀であることから、熱変形はモリブデン線5bの結晶構造、熱履歴、加工履歴、溶接条件など悪条件が重なったときに出現するものと思われるが、その原因を特定することはできなかった。
【0016】
さらに、耐ハロゲン性中間材5と導電性サーメット6が理想的に突合せ溶接された場合は、図5(d)に示すように、モリブデンロッド5aが導電性サーメット6内に埋め込まれるように接合される。
しかしながら、突合せ溶接の際に、モリブデンロッド5aの上に密巻きされたモリブデン線5bの上から耐ハロゲン性中間材5をクランプして下向きに加圧し、その先端を導電性サーメット6に強く押し当てているため、その押圧力によりモリブデン線5bがモリブデンロッド5a上でずれ落ち、相対的にモリブデンロッド5aが引っ込むことがある。
この場合、突合せ溶接の際の押圧力が不足してモリブデンロッド5aが導電性サーメット6内に十分埋め込まれず、その埋込量が浅くなるため接合部Wにおける強度が不足し、電極アセンブリ21が折れやすくなるという問題が判明した。
【0017】
しかも、この種の不具合は、接合部Wの外周を導電性サーメット6から溶出したアルミナ成分が被覆しているため、容易に判別することができず、厳密に製品検査しようとすれば、突合せ溶接前に全ての耐ハロゲン性中間材5及び導電性サーメット6の長さを予め測定しておき、突合せ溶接後にその全長を測定することにより、これらの値から埋込量を測定するしかない。
しかし、このような検査には手間がかかるため、製造コストが嵩み、生産効率が低下するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0018】
【特許文献1】特開2005−302624号公報
【特許文献2】特開2007− 73340号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0019】
そこで本発明は、耐ハロゲン性中間材を構成するモリブデン線ごとに異なる固有の結晶構造、熱履歴、加工履歴などにかかわらず、導電性サーメットとの突合せ溶接時に熱変形を生じたり、埋込量が浅くなることによる強度不足を生じないようにすることを技術的課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0020】
この課題を解決するため、本発明は、金属蒸気放電灯の発光管の両端に形成されたキャピラリに挿入されて気密封止される電極アセンブリの製造方法において、前記電極アセンブリは、発光管内に対向配設される電極と、モリブデンロッドにモリブデン線を密巻きして成る耐ハロゲン性中間材と、当該耐ハロゲン性中間材と同径でこれより融点の低い導電性サーメットを突合せ溶接して形成され、前記耐ハロゲン性中間材と導電性サーメットとを突合せ溶接する前に、前記耐ハロゲン性中間材の片端部でモリブデンロッドとモリブデン線とを溶融させ、その溶融物の表面張力によりモリブデンロッドとモリブデン線とを先丸状に硬化させて一体化させた後、当該耐ハロゲン性中間材の先丸状の片端部と導電性サーメットとを突き合わせ溶接することを特徴としている。
【発明の効果】
【0021】
本発明方法によれば、モリブデンロッドにモリブデン線を密巻きして成る耐ハロゲン性中間材のモリブデンロッドとモリブデン線とを予め溶融一体化させたので、耐ハロゲン性中間材と導電性サーメットを突合せ溶接する際にその接合部がモリブデン線の内部応力を解放させる温度に加熱されても、モリブデン線はモリブデンロッドに一体化されているため、これがほどけて緩むように熱変形することがない。
なお、耐ハロゲン性中間材のモリブデンロッドとモリブデン線とを溶接する際には、耐ハロゲン性中間材と導電性サーメットを突合せ溶接するときのように、モリブデン線がほどけて緩むように変形することはなかった。
これは、耐ハロゲン性中間材と導電性サーメットを突合せ溶接する場合と、モリブデンを溶かす場合とでは、その溶接条件が異なるためと思われる。
あくまでも仮説ではあるが、耐ハロゲン性中間材と導電性サーメットを突合せ溶接する場合はその温度がモリブデンの溶融温度までは達しないように溶接条件が設定されているところから、その温度が、二次加工での歪みが大きい場合にモリブデン線の内部応力を解放させコイル形状を変化させる温度条件に適合するためと思われる。
一方、モリブデンロッドとモリブデン線とをレーザ溶接する場合はモリブデンの溶融温度まで瞬時に加熱されるように溶接条件が設定されるため、モリブデン線が変形する前に溶融されると考えられる。
【0022】
また、耐ハロゲン性中間材のモリブデンロッドとモリブデン線は、溶融モリブデンの表面張力によりモリブデンロッドとモリブデン線が先丸状に硬化されて一体化される。
したがって、導電性サーメットと突合せ溶接する際にモリブデン線をクランプして加圧しても、モリブデン線がモリブデンロッドからずれ落ちることがないので、その埋込量が一定に維持され、強度不足を生じることがない。
しかも、その先端面は凸曲面状に膨出されるので、突合せ溶接する際にその中央部が最初に触れることとなり、導電性サーメットの中央部からアルミナが溶出することによって溶融しないモリブデン粒が移動し、耐ハロゲン中間材の先丸状部分が導電性サーメット先端面に食い込んでいくため高い溶接強度を得ることができる。また、溶出したアルミナは導電性サーメット外径より小径となる空間に溜まるので、その空間の周囲には溶融物が溢れ出にくくなり、同径の耐ハロゲン性中間材と導電性サーメットを接合部で外径変化させることなく均一な太さで突合せ溶接することができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明に係る電極アセンブリの製造方法の一例を示す説明図である。
【図2】接合部の各大図である。
【図3】セラミックメタルハライドランプの全体構成図である。
【図4】耐ハロゲン性中間材の先端形状と歩留まりの関係を示すグラフである。
【図5】従来の電極アセンブリの製造方法を示す説明図である。
【図6】従来の電極アセンブリの熱変形を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
本発明は、耐ハロゲン性中間材を構成するモリブデン線ごとに異なる固有の結晶構造、熱履歴、加工履歴などにかかわらず、耐ハロゲン性中間材と導電性サーメットとを突き合わせ溶接する際に、モリブデン線が熱変形を生じないようにするという目的を達成するために、耐ハロゲン性中間材の片端部でモリブデンロッドとモリブデン線とを溶融させ、その溶融物の表面張力によりモリブデンロッドとモリブデン線とを先丸状に硬化させて一体化させた後、先丸状の片端部と導電性サーメットとを突き合わせ溶接することとした。
【実施例1】
【0025】
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。
なお、図3と共通する部分は同一符号を付して詳細説明は省略する。
金属蒸気放電灯の発光管2の両端に形成されたキャピラリ3R、3Lに気密封止される電極アセンブリ1は、タングステンロッドで成る電極棒4aの先端側にタングステン線4bを密巻きして放熱用のコイル部が形成された電極4と、モリブデンロッド5aの外周部にモリブデン線5bを密巻きしてコイル部が形成された耐ハロゲン性中間材5と、アルミナ粉末とモリブデン粉末とを混合燒結して成る導電性サーメット6とが直列的に突合せ溶接された構成となっている。
【0026】
この電極アセンブリ3を製造する際は、図1(a)に示すように、例えば直径0.4〜0.5mmのモリブデンロッド5aの外周部に、直径0.15〜0.2mmのモリブデン線5bを密巻きし、所定長さに切断された直径0.70〜0.90mm程度の耐ハロゲン性中間材5を直立させた状態で、その先端を溶融する。
本例では、その上方から、モリブデンロッド5bと同軸的にレーザ光Lを照射して、モリブデンロッド5aとモリブデン線5bとを溶融している。
【0027】
ここで、レーザ光Lを照射してモリブデンロッド5aとモリブデン線5bとを溶融させた後、所定時間経過すると、図1(b)及び(c)に示すように、その先端部分が溶融物(液滴)の表面張力により先丸状となり、これが冷えると硬化して一体化される。
このとき、先丸状に硬化される片端部5dの外径が耐ハロゲン性中間材5の外径に等しくなるように溶融量がコントロールされる。
溶融量は、例えば、レーザ溶接の溶接条件によりコントロールされ、本例では、出力150WのYAGレーザを用い、レーザ光の照射時間を実験により10msとした。
【0028】
この条件で先丸状に加工された片端部5dの先端面の曲率半径Rを測定したところ、耐ハロゲン性中間材5の直径Dに対して、0.57D≦R≦0.58Dであった。この曲率半径は、先端面頂点近傍における値であり、先端面が完全な部分球面に形成されていることを意味するものではない。
また、溶接条件を変えて、片端部5dを種々の曲率半径Rに形成した耐ハロゲン性中間材5を用いて形成した電極アセンブリ1について実験を行ったところ、歩留り99%以上となる曲率半径Rの範囲は、0.55D≦R≦0.80Dであった(図4参照)。
なおこのとき、R<0.55Dとすると、導電性サーメット6を突き合わせ溶接するときに、耐ハロゲン性中間材5の片端部5dが導電性サーメット6の先端面に食い込みすぎてモリブデン・リッチ層が径方向に膨らんでしまい、食込量を減らすと接合部Wに段差が形成されて溶出したアルミナでその段差を覆いきれない。このため、ランプ完成後にフリットガラスにクラックが生じ易くなり、いずれの場合も電極アセンブリとしては不良品となる。
また、R>0.80Dとすると、耐ハロゲン性中間材5の端面がほぼ平面に近くなるので、導電性サーメット6を突き合わせ溶接するときに導電性サーメット6の外径より小径となる空間(図2参照)がほとんどなくなり、溶出したアルミナが接合部に付着すると導電性サーメット6の外径より膨らんでしまうため、やはり、電極アセンブリとしては不良品となる。
【0029】
上述の説明では、レーザ光で加熱溶融する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、プラズマ溶接、TIG溶接など任意の方法を用いることができ、要するに、直径1mmにも満たない耐ハロゲン性中間材5の片端部5dのみをモリブデン線5bが熱変形する前に溶融する程度に短時間で融点まで局部加熱することができれば、加熱方法は任意である。
【0030】
次いで、耐ハロゲン性中間材5と導電性サーメット6を突合せ溶接する。
突合せ溶接は抵抗溶接の一種であり、図1(d)に示すように、耐ハロゲン性中間材5の先丸状の片端部5dを下向きにして、導電性サーメット6の上端に突合せた状態で瞬間的に大電流(本例では、0.9V、90A)を流すことにより接合部Wにジュール熱を発生させて溶接させる。
片端部5dは先丸状に形成されているので、その先端中心部が導電性サーメット6の先端に点接触されており、アルミナ粉末とモリブデン粉末とを混合燒結して成る導電性サーメット6はその融点がモリブデンからなる耐ハロゲン性中間材5より低いので、大電流を流すことにより導電性サーメット6からアルミナが溶出する。
【0031】
導電性サーメット6が融点近傍まで加熱されると、図1(e)に示すように、導電性サーメット6の中央部からアルミナが溶出することによって耐ハロゲン性中間材5の先丸状の片端部5dの形状に応じて凹曲面6aが形成され、導電性サーメット6の先端近傍にはモリブデンの比率が高いモリブデン・リッチ層6bが形成される。導電性サーメット6から溶出したアルミナは導電性サーメット外径より小径となる空間X(図2参照)に溜まっていき、これが冷えると硬化して耐ハロゲン性中間材5と導電性サーメット6が一体化し、突合せ溶接が完了する。
なお、溶出したアルミナは導電性サーメット外径より小径となる空間Xに溜まるので、その空間Xの周囲には溢れ出にくくなり、同径の耐ハロゲン性中間材5と導電性サーメット6を接合部Wで外径が変化することなく均一な太さに突合せ溶接することができる。
【0032】
そして最後に、耐ハロゲン性中間材5の上端部に電極4を突合せ溶接する。
この場合も、図1(e)に示すように、耐ハロゲン性中間材5のモリブデンロッド5aの端面に、電極のタングステンロッド4aを突合わせた状態で瞬間的に大電流(本例では、1.0V、100A)を流すことにより溶接させる。
この場合、電極4を構成するタングステンロッド4aよりも、耐ハロゲン性中間材5を構成するモリブデンロッド5aの方が融点が低いので、モリブデンを溶融し得る程度の大電流が流され、これにより生じたジュール熱によりモリブデンロッド5aの突合せ部分が溶融する温度に瞬時に加熱され、この熱により、モリブデン線5bも溶融される。
この結果、モリブデンロッド5aにタングステンロッド4aが埋め込まれると共に、モリブデン線5bも溶融されてモリブデンロッド5aに一体化される。
【0033】
このように製造された電極アセンブリ1は、同径の耐ハロゲン性中間材5と導電性サーメット6とを突合せ溶接する場合に、モリブデン線4bがほどけて緩むように熱変形したり、加圧時にモリブデン線5bがずれ落ちたりすることがなく、また、接合部Wには径方向に凹部や凸部が形成されることもなく、一定の外径で連結される。
したがって、電極アセンブリ1をキャピラリ3R,3Lに挿通してその接合部Wまでフリットガラス10を充填して封止したときに、フリットガラス10が均一の厚さで充填されることとなるので、ランプの点灯に伴う熱膨張によりフリットガラス10にクラックが入ることもない。
【0034】
なお、本例では、耐ハロゲン性中間材5と導電性サーメット6とを突合せ溶接した後、電極4と耐ハロゲン性中間材5を突合せ溶接する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、電極4と耐ハロゲン性中間材5を突合せ溶接した後、耐ハロゲン性中間材5と導電性サーメット6とを突合せ溶接する場合であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【0035】
以上述べたように、本発明は、発光管内に対向配設される電極と、モリブデンロッドにモリブデン線を密巻きして成る耐ハロゲン性中間材と、当該耐ハロゲン性中間材と同径でこれより融点の低い導電性サーメットを突合せ溶接して、金属蒸気放電灯の電極アセンブリを製造する用途に適用し得る。
【符号の説明】
【0036】
1 電極アセンブリ
2 発光管
3R,3L キャピラリ
4a タングステンロッド
4b タングステン線
4 電極
5a モリブデンロッド
5b モリブデン線
5 耐ハロゲン性中間材
6 導電性サーメット
10 フリットガラス
W 接合部



【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属蒸気放電灯の発光管の両端に形成されたキャピラリに挿入されて気密封止される電極アセンブリの製造方法において、
前記電極アセンブリは、発光管内に対向配設される電極と、モリブデンロッドにモリブデン線を密巻きして成る耐ハロゲン性中間材と、当該耐ハロゲン性中間材と同径でこれより融点の低い導電性サーメットを突合せ溶接して形成され、
前記耐ハロゲン性中間材と導電性サーメットとを突合せ溶接する前に、前記耐ハロゲン性中間材の片端部でモリブデンロッドとモリブデン線とを溶融させ、その溶融物の表面張力によりモリブデンロッドとモリブデン線とを先丸状に硬化させて一体化させた後、当該耐ハロゲン性中間材の先丸状の片端部と導電性サーメットとを突き合わせ溶接することを特徴とする電極アセンブリの製造方法。
【請求項2】
先丸状に硬化された前記片端部の外径が、耐ハロゲン性中間材の外径に等しくなるように溶融条件を決定した請求項1記載の電極アセンブリの製造方法。
【請求項3】
前記耐ハロゲン性中間材の直径をDとしたときに、先丸状に硬化された片端部の先端面の曲率半径Rが0.55D≦R≦0.80Dである請求項1記載の電極アセンブリの製造方法。



【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2010−177092(P2010−177092A)
【公開日】平成22年8月12日(2010.8.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−19577(P2009−19577)
【出願日】平成21年1月30日(2009.1.30)
【出願人】(000000192)岩崎電気株式会社 (533)